JP2002005802A - ２次曲げを制御する直接引張試験法および直接引張試験用治具 - Google Patents
２次曲げを制御する直接引張試験法および直接引張試験用治具Info
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- JP2002005802A JP2002005802A JP2000185253A JP2000185253A JP2002005802A JP 2002005802 A JP2002005802 A JP 2002005802A JP 2000185253 A JP2000185253 A JP 2000185253A JP 2000185253 A JP2000185253 A JP 2000185253A JP 2002005802 A JP2002005802 A JP 2002005802A
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- tensile
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 コンクリートのような引張軟化特性を持つ材
料の直接引張試験において、不安定破壊、２次曲げ、複
数ひび割れ、重複ひび割れを防ぎ、正確な引張強度と引
張軟化曲線を得る試験方法、およびそのために必要な治
具を提供する。 【解決手段】 変形制御型の載荷装置を用いることで不
安定破壊を防ぎ、選択図に示した直接引張試験用治具に
より２次曲げを防ぎ、試験体に主切欠きを設けることで
複数ひび割れを防ぎ、誘導切欠きを設けることで重複ひ
び割れを防ぐ。
料の直接引張試験において、不安定破壊、２次曲げ、複
数ひび割れ、重複ひび割れを防ぎ、正確な引張強度と引
張軟化曲線を得る試験方法、およびそのために必要な治
具を提供する。 【解決手段】 変形制御型の載荷装置を用いることで不
安定破壊を防ぎ、選択図に示した直接引張試験用治具に
より２次曲げを防ぎ、試験体に主切欠きを設けることで
複数ひび割れを防ぎ、誘導切欠きを設けることで重複ひ
び割れを防ぐ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、コンクリート、
セラミックス、岩石などの引張軟化特性を持つ材料を対
象として、引張強度と引張軟化曲線を得るための直接引
張試験法、およびそれに用いる直接引張試験用治具に関
する。
セラミックス、岩石などの引張軟化特性を持つ材料を対
象として、引張強度と引張軟化曲線を得るための直接引
張試験法、およびそれに用いる直接引張試験用治具に関
する。
【０００２】
【従来の技術】これまでに提案された、供試体両端の変
位制御による方法、試験体を補剛して荷重制御する方法
(Hordijk, Deformation-controlled uniaxial tensile
testson concrete, 1981, Delft University of Techno
logy)は、不安定破壊を防ぐことにのみ注目したもの
で、２次曲げを無視しているため誤差の大きい方法であ
る。Carpinteri(Materials and Structures, 1994, 563
-571)は、ドッグボーン型試験体を用い、３アクチュエ
ーター載荷装置により２次曲げを防いだが、複数ひび割
れや重複ひび割れを考慮していない。さらに、３アクチ
ュエーター載荷装置はきわめて特殊な仕様でかつ高価で
ある。
位制御による方法、試験体を補剛して荷重制御する方法
(Hordijk, Deformation-controlled uniaxial tensile
testson concrete, 1981, Delft University of Techno
logy)は、不安定破壊を防ぐことにのみ注目したもの
で、２次曲げを無視しているため誤差の大きい方法であ
る。Carpinteri(Materials and Structures, 1994, 563
-571)は、ドッグボーン型試験体を用い、３アクチュエ
ーター載荷装置により２次曲げを防いだが、複数ひび割
れや重複ひび割れを考慮していない。さらに、３アクチ
ュエーター載荷装置はきわめて特殊な仕様でかつ高価で
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】引張軟化特性を持つ材
料の直接引張試験には４つの困難な課題がある。それら
は、不安定破壊の発生、２次曲げの発生、複数ひび割れ
の発生、重複ひび割れの発生を防止することである。本
発明により、これらの困難な課題をすべて解決し、正確
で信頼性の高い直接引張試験法を確立するものである。
料の直接引張試験には４つの困難な課題がある。それら
は、不安定破壊の発生、２次曲げの発生、複数ひび割れ
の発生、重複ひび割れの発生を防止することである。本
発明により、これらの困難な課題をすべて解決し、正確
で信頼性の高い直接引張試験法を確立するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】不安定破壊については、
変形またはひずみ制御式載荷装置(試験機)を使用し、変
形の測定長に適切な長さを採ることで解決する。
変形またはひずみ制御式載荷装置(試験機)を使用し、変
形の測定長に適切な長さを採ることで解決する。
【０００５】２次曲げは、仮に荷重の偏心がまったく無
かったとしても、引張軟化特性を持つ材料に必然的に発
生する。これを防ぐために、請求項１に記載した直接引
張試験用治具を用い、４面の変形を観測しながら、変形
の大きい面の引張力導入部のハンドル14を回して、その
面の変形を押さえ、その面と反対面の変形をバランスさ
せることで解決する。
かったとしても、引張軟化特性を持つ材料に必然的に発
生する。これを防ぐために、請求項１に記載した直接引
張試験用治具を用い、４面の変形を観測しながら、変形
の大きい面の引張力導入部のハンドル14を回して、その
面の変形を押さえ、その面と反対面の変形をバランスさ
せることで解決する。
【０００６】複数ひび割れについては、主切欠きを設け
ることで解決する。切欠きを設けると、切欠き先端に強
度の応力集中が起こるので、当初は正確な引張強度が求
められないと考えられてきた。しかし、引張軟化曲線を
組み込んだ有限要素解析により、引張軟化特性を持つ材
料の場合、切欠きが引張強度に与える誤差は高々２％程
度であり、十分正確な引張強度が得られることが確認さ
れた。
ることで解決する。切欠きを設けると、切欠き先端に強
度の応力集中が起こるので、当初は正確な引張強度が求
められないと考えられてきた。しかし、引張軟化曲線を
組み込んだ有限要素解析により、引張軟化特性を持つ材
料の場合、切欠きが引張強度に与える誤差は高々２％程
度であり、十分正確な引張強度が得られることが確認さ
れた。
【０００７】重複ひび割れについては、誘導切欠きを設
けることで解決する。誘導切欠きが無ければ、ひび割れ
が自由に進展するため、重複ひび割れに発展する可能性
が高い。
けることで解決する。誘導切欠きが無ければ、ひび割れ
が自由に進展するため、重複ひび割れに発展する可能性
が高い。
【０００８】
【発明の実施の形態】発明の実施の形態を実施例にもと
づき図面を参照して説明する。図１において、直交する
２本のピン３と４からなるユニバーサルジョイントは、
そのうち１本が差込ピンであるため、試験体の装着が容
易である。上下の接着板６は、あらかじめ試験体７の両
端面に接着しておく。接着板から４方向に(試験体の４
面に垂直に)アーム８が張り出しており、引張力導入部
をこれらのアームに取り付ける。引張力導入部の主要部
は水平歯車12と鉛直歯車13からなるウォームギアを構成
しており、鉛直歯車に取り付けたハンドル14を回すこと
により、小さい力で細かい制御ができるようになってい
る。
づき図面を参照して説明する。図１において、直交する
２本のピン３と４からなるユニバーサルジョイントは、
そのうち１本が差込ピンであるため、試験体の装着が容
易である。上下の接着板６は、あらかじめ試験体７の両
端面に接着しておく。接着板から４方向に(試験体の４
面に垂直に)アーム８が張り出しており、引張力導入部
をこれらのアームに取り付ける。引張力導入部の主要部
は水平歯車12と鉛直歯車13からなるウォームギアを構成
しており、鉛直歯車に取り付けたハンドル14を回すこと
により、小さい力で細かい制御ができるようになってい
る。
【０００９】
【実施例】普通コンクリートを対象とする載荷時の変形
速度は、最大荷重近傍で 7×10-6mm/s程度が適当であ
り、試験体１本の試験所要時間は２時間程度である。変
形（伸び）の測定には、たとえば測定長70mmの伸び計が
用いられ、荷重制御に用いるのは４面の変形の平均が良
い。
速度は、最大荷重近傍で 7×10-6mm/s程度が適当であ
り、試験体１本の試験所要時間は２時間程度である。変
形（伸び）の測定には、たとえば測定長70mmの伸び計が
用いられ、荷重制御に用いるのは４面の変形の平均が良
い。
【００１０】請求項１に記載した直接引張試験用治具を
使用する場合、人間が目で４面の変形（測定計器にデジ
タル表示させる）を観察し引張力導入部を操作する。引
張力導入部で与えた引張力は、試験体に対しては圧縮力
として働くため、実際に試験体に作用する引張力は、試
験機の荷重から引張力導入部の引張力を減じたものとな
る。
使用する場合、人間が目で４面の変形（測定計器にデジ
タル表示させる）を観察し引張力導入部を操作する。引
張力導入部で与えた引張力は、試験体に対しては圧縮力
として働くため、実際に試験体に作用する引張力は、試
験機の荷重から引張力導入部の引張力を減じたものとな
る。
【００１１】請求項２に記載した方法による場合、引張
力導入部の操作は、変形が大きくなった面を引張り、反
対面を弛めるのが基本であるが、ある面を引張っている
状態で反対面が大きくなり始めた時には、現在引張って
いる側を弛めるのが先である。このように、４面の引張
力導入部の稼働状況を把握しながら操作しなければなら
ない。100×100×400mmの角柱試験体を用いる場合、主
切欠き深さ10mmは妥当な選択である。図２は、得られた
荷重−変形曲線の例であり、この方法により同曲線が得
られる成功率は90％程度である。
力導入部の操作は、変形が大きくなった面を引張り、反
対面を弛めるのが基本であるが、ある面を引張っている
状態で反対面が大きくなり始めた時には、現在引張って
いる側を弛めるのが先である。このように、４面の引張
力導入部の稼働状況を把握しながら操作しなければなら
ない。100×100×400mmの角柱試験体を用いる場合、主
切欠き深さ10mmは妥当な選択である。図２は、得られた
荷重−変形曲線の例であり、この方法により同曲線が得
られる成功率は90％程度である。
【００１２】請求項３に記載した方法による場合、主切
欠き深さに13mmと7mmのような差を付けることで、深い
切欠き側は変形が大きくなる。反対面との変形の差を一
定に保つように、引張力導入部を操作するのである。こ
の方法では、引張軟化領域が一方向に進展するので、請
求項２に記載した方法（この場合は２つの引張軟化領域
が両面から中心に向かって進む）よりも、重複ひび割れ
を防ぐには優れていると考えられる。変形の差を小さく
採るほど引張強度の誤差も小さくなるが、小さく採りす
ぎると変形の逆転（突然反対面の変形が大きくなり、大
小が逆転する分岐現象）が起きやすいため、試験体断面
が100×100mmの場合、1.8μmは妥当な選択である。この
方法による成功率は70％程度である。
欠き深さに13mmと7mmのような差を付けることで、深い
切欠き側は変形が大きくなる。反対面との変形の差を一
定に保つように、引張力導入部を操作するのである。こ
の方法では、引張軟化領域が一方向に進展するので、請
求項２に記載した方法（この場合は２つの引張軟化領域
が両面から中心に向かって進む）よりも、重複ひび割れ
を防ぐには優れていると考えられる。変形の差を小さく
採るほど引張強度の誤差も小さくなるが、小さく採りす
ぎると変形の逆転（突然反対面の変形が大きくなり、大
小が逆転する分岐現象）が起きやすいため、試験体断面
が100×100mmの場合、1.8μmは妥当な選択である。この
方法による成功率は70％程度である。
【００１３】図３に、請求項４に記載した主切欠きと誘
導切欠きを、ドッグボーン型試験体の例で示した。誘導
切欠きの深さは５mmが妥当である。
導切欠きを、ドッグボーン型試験体の例で示した。誘導
切欠きの深さは５mmが妥当である。
【００１４】試験で得られた荷重−変形曲線から引張軟
化曲線を求めるには、次式によりひび割れ開口変位ｗを
計算する。 ［数 １］ ｗ＝δ−δｒ−ＰＬ／ＥＡ ここで、δは観測された変形、δｒは最大荷重時の塑性
変形、Ｐは荷重、Ｌは測定長、Ｅはヤング率、Ａは断面
積である。図４に上式各項の関係を示した。断面積Ａに
は、試験体の原断面積とリガメント面積の平均を用いる
のが良い。
化曲線を求めるには、次式によりひび割れ開口変位ｗを
計算する。 ［数 １］ ｗ＝δ−δｒ−ＰＬ／ＥＡ ここで、δは観測された変形、δｒは最大荷重時の塑性
変形、Ｐは荷重、Ｌは測定長、Ｅはヤング率、Ａは断面
積である。図４に上式各項の関係を示した。断面積Ａに
は、試験体の原断面積とリガメント面積の平均を用いる
のが良い。
【００１５】
【発明の効果】これまで、直接引張試験法は、困難な点
が多いため実際的な方法とは認められなかった。また、
２次曲げや重複ひび割れに対する考慮が十分でなかった
ため、結果のばらつきも大きく、信頼できる方法とも認
められなかった。本発明により、変形制御型載荷装置の
使用が条件になるが、簡便で安価な直接引張試験用治具
の採用と試験体に設けた切欠きで、課題となっていた不
安定破壊の防止、２次曲げの制御、複数ひび割れの防
止、重複ひび割れの防止をすべて実現できたので、直接
引張試験法が実際的で信頼性のある試験方法に変わっ
た。
が多いため実際的な方法とは認められなかった。また、
２次曲げや重複ひび割れに対する考慮が十分でなかった
ため、結果のばらつきも大きく、信頼できる方法とも認
められなかった。本発明により、変形制御型載荷装置の
使用が条件になるが、簡便で安価な直接引張試験用治具
の採用と試験体に設けた切欠きで、課題となっていた不
安定破壊の防止、２次曲げの制御、複数ひび割れの防
止、重複ひび割れの防止をすべて実現できたので、直接
引張試験法が実際的で信頼性のある試験方法に変わっ
た。
【図 １】請求項１に該当する直接引張試験用治具の概
略図である。
略図である。
【図 ２】普通コンクリートに対する荷重−変形曲線の
一例である。
一例である。
【図 ３】ドッグボーン型試験体に設けた切欠きの実施
例である。
例である。
【図 ４】荷重−変形曲線から引張軟化曲線を算出する
式において、各項の相互関係を表わす模式図である。
式において、各項の相互関係を表わす模式図である。
１．つかみ部 ２．直交軸受け ３．連結ピン ４．差込ピン ５．軸受け ６．接着板 ７．試験体 ８．アーム（角鋼棒） ９．ちょうネジ 10．回転止め 11．丸鋼棒 12．水平歯車 13．鉛直歯車 14．ハンドル 15．回転止め付収納ケース
Claims (4)
- 【請求項１】 ユニバーサルジョイント部（１、２、
３、４）、接着板部（５、６、８）、引張力導入部
（９、10、11、12、13、14、15）からなる直接引張試験
用治具。 - 【請求項２】 変形制御型載荷装置と請求項１に記載し
た直接引張試験用治具を組み合わせて、２次曲げばかり
でなく、試験体の製造誤差、接着誤差に起因する曲げを
同時に打ち消す直接引張試験法。 - 【請求項３】 変形制御型載荷装置と請求項１に記載し
た直接引張試験用治具を組み合わせて、２次曲げ又は、
反対面どうし深さの異なる切欠きにより導入された、意
図的な曲げを一定値以下に押さえる直接引張試験法。 - 【請求項４】 請求項２又は請求項３に記載した直接引
張試験法において、角柱試験体あるいはドッグボーン型
試験体の、打設時側面に主切欠きを、打設面と底面に誘
導切欠きを設ける試験方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000185253A JP2002005802A (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | ２次曲げを制御する直接引張試験法および直接引張試験用治具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000185253A JP2002005802A (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | ２次曲げを制御する直接引張試験法および直接引張試験用治具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002005802A true JP2002005802A (ja) | 2002-01-09 |
Family
ID=18685599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000185253A Pending JP2002005802A (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | ２次曲げを制御する直接引張試験法および直接引張試験用治具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002005802A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102323157A (zh) * | 2011-07-27 | 2012-01-18 | 大连理工大学 | 混凝土多轴拉压应力组合试验方法 |
| CN104111197A (zh) * | 2014-08-06 | 2014-10-22 | 东北石油大学 | 一种节理煤岩直接拉伸试验装置及试验方法 |
| CN104729930A (zh) * | 2015-04-10 | 2015-06-24 | 郑州大学 | 混凝土抗折试验机 |
| CN105043876A (zh) * | 2015-08-25 | 2015-11-11 | 张江涛 | 双线性劈裂法测定准脆性材料抗拉强度的试验装置 |
| JP2016194476A (ja) * | 2015-04-01 | 2016-11-17 | 日本電信電話株式会社 | 鉄筋コンクリートの剥離長さの推定方法 |
| CN108225904A (zh) * | 2018-04-11 | 2018-06-29 | 四川大学 | 岩石直接拉伸试验的夹具及基于该夹具的试验方法 |
| KR101865095B1 (ko) * | 2018-04-27 | 2018-07-13 | 노강수 | 인장-굽힘 반복 시험기 |
| KR101927661B1 (ko) | 2018-06-21 | 2018-12-10 | 성균관대학교산학협력단 | 강도 시험 장치용 지그 |
-
2000
- 2000-06-20 JP JP2000185253A patent/JP2002005802A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102323157A (zh) * | 2011-07-27 | 2012-01-18 | 大连理工大学 | 混凝土多轴拉压应力组合试验方法 |
| CN104111197A (zh) * | 2014-08-06 | 2014-10-22 | 东北石油大学 | 一种节理煤岩直接拉伸试验装置及试验方法 |
| JP2016194476A (ja) * | 2015-04-01 | 2016-11-17 | 日本電信電話株式会社 | 鉄筋コンクリートの剥離長さの推定方法 |
| CN104729930A (zh) * | 2015-04-10 | 2015-06-24 | 郑州大学 | 混凝土抗折试验机 |
| CN104729930B (zh) * | 2015-04-10 | 2017-03-08 | 郑州大学 | 混凝土抗折试验机 |
| CN105043876A (zh) * | 2015-08-25 | 2015-11-11 | 张江涛 | 双线性劈裂法测定准脆性材料抗拉强度的试验装置 |
| CN105043876B (zh) * | 2015-08-25 | 2018-02-16 | 张江涛 | 双线性劈裂法测定准脆性材料抗拉强度的试验装置 |
| CN108225904A (zh) * | 2018-04-11 | 2018-06-29 | 四川大学 | 岩石直接拉伸试验的夹具及基于该夹具的试验方法 |
| KR101865095B1 (ko) * | 2018-04-27 | 2018-07-13 | 노강수 | 인장-굽힘 반복 시험기 |
| KR101927661B1 (ko) | 2018-06-21 | 2018-12-10 | 성균관대학교산학협력단 | 강도 시험 장치용 지그 |
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